ANSYS-WB壳单元厚度效应深度解读

两个贴合的薄板抽中面后，因为板厚关系，它们之间形成了间隙，如何处理？

1. 壳边线与相交的壳面怎么创建连接？

这两个问题不止一个小伙伴询问，今天就来拿捏这两个小问题。

1 面面接触中的板厚效应

通过一个简单的例子来说明这个问题：

在Workbench中，新建静力学项目。

使用SCDM 创建两个剖面，间距4mm，如上文图。设置板厚均为4mm。

退出SCDM，进入Mechanical 。

使用默认材料，划分合适的网格尺寸，关闭厚度显示。

程序没有自动创建绑定接触 ，这是因为两个面间隙较大。为了使计算尽量简单，我们手动给两个面创建粗糙接触 ，注意需要选择接触面与目标面的方向，原则是面对面，而不能背对背或面对背。壳厚度效应默认关闭。

PS：为什么不创建绑定接触？因为绑定接触可以忽略弹球半径内的任何间隙与穿透，只要弹球半径合适，太平洋两岸都能绑定上。

固定上下板的左侧边，给上板右侧边向下2mm的强制位移，另外两个方向自由。

插入总变形和等效应力结果，计算后见下图。可以看到上板右边移动了2mm，下板纹丝不动，也没有受到任何力。

修改粗糙接触，打开厚度效应。

重新计算结果如下，可见下板能跟随变化了。

2 边面接触中的板厚效应

新建静力学算例，创建如下模型，圆筒上边线距离平面2mm，平面板厚为4mm，圆筒板厚为2mm。

进入Mechanical，我们本例通过自动探测的方法创建边面接触。

新建接触组，接触组的属性中修改探测距离≥2，打开面/边探测选项。

右击接触组——创建自动接触，程序便自动创建了边——面的绑定接触。

修改接触类型为粗糙，用脚趾头想想都应该打开壳厚度效应。

划分合适的网格。

固定圆筒下端，给平面施加向下2mm的强制位移，注意另外两个方向也要约束。

开始计算，总体的位移与圆筒的位移分别如下图。

可以看到上板移动了2mm，但是圆筒上边只移动了1.93mm，这不是因为壳被压薄了（实际上静力学中壳单元无法被压薄），而是因为发生了穿透。

在结果中插入接触工具——渗透，结果如下，两模型之间发生了0.07mm的穿透。所以这时候算的的位移、应力、应变结果肯定也是不够准确的。

将接触算法改为纯拉格朗日 （也可以使用默认的罚刚度算法，手动调试接触刚度）。

重新计算后穿透为0，圆筒位移正确。

PS：如果打开大变形结果稍有出入。

最后需要注意的是，隐式算法中默认板厚度效应是关闭的，打开板厚效应虽然能使结果正确，但是遇到复杂问题会加大收敛难度，所以经常处理方法是在DCDM 中延伸中面使其相交，实际上，两个相交的面在SCDM中抽中面后，默认会自动延伸它们（详见SCDM相关文章）。比如本例，延长圆筒面使其与平面相交，计算更快速。

而在WB-Lsdyna中，默认壳单元的厚度效应是打开的，WB的默认设置都有一定的合理性，Lsdyna中不会出现收敛问题。

祝万事顺遂。